DE69105866T2

DE69105866T2 - Kernstrahlungsdetektor, insbesondere der Gamma-Kamera-Art unter Verwendung von Dekonvolutionsfiltern.

Info

Publication number: DE69105866T2
Application number: DE69105866T
Authority: DE
Inventors: Jean-Jacques Chaillout; Corinne Mestais; Edmond Tournier
Original assignee: Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Current assignee: Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Priority date: 1990-08-10
Filing date: 1991-08-08
Publication date: 1995-07-06
Anticipated expiration: 2011-08-09
Also published as: FR2665770B1; FR2665770A1; IL99072A0; DE69105866D1; IL99072A; JPH05134043A; EP0470909B1; EP0470909A1; US5276615A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Kernstrahlungsdetektor, besonders von der Art einer Gamma-Kamera. Sie findet in der Nuklearphysik Anwendung, wenn es sich darum handelt, eine Kernstrahlung zu detektieren und, zum Beispiel, das Energiespektrum zu messen, oder an der Nuklearmedizin, wo die Gamma-Kameras verwendet werden, um Bilder von Organen herzustellen, in die ein radioaktives Isotop eingeführt wurde.
Obwohl die Erfindung sich nicht auf Gamma-Kameras beschränkt, ist dies der Apparatetyp, der als Beispiel genommen wird, um den Stand der Technik und seine Nachteile darzustellen. Die amerikanische Patentanmeldung US-A-3 011 057, angemeldet von H. O. ANGER, beschreibt die allgemeine Struktur und den Betrieb dieser Apparate.
Eine Gamma-Kamera umfaßt im allgemeinen einen Kollimator, um gen Einfallswinkel der von dem Organ emittierten Gammaphotonen zu beschranken, einen Szintillatorkristall, um die Gammaphotonen in Lichtthotonen umzuwandeln, eine Einheit von Photomultiplikatorröhren, um die Lichtphotonen in elektrische Impulse umzuwandeln und elektronische Geräte, um diese elektrischen Impulse in Signale der Koordinaten X und Y umzuwandeln.
Eine Gamma-Kamera umfaßt auch eine Anzeige-Einheit, im allgemeinen mit einem Kathoden-Oszilloskop, das durch die Signale der Koordinaten X, Y gesteuert wird. Diese Einheit zeigt den Auftreffpunkt der Gammaphotonen auf dem Kristall an. Sie kann eventuell eine photographische Vorrichtung umfassen, um ein Bild des beobachteten Organs durch Integration einer großen Anzahl von Lichtpunkten zu bilden. Sie kann andererseits eine Vorrichtung zur numerischen Verarbeitung der Bilder umfassen. Besonders die Vorrichtung zur numerischen Verarbeitung der Bilder kann verwendet werden, um Bilder von Schnitten der untersuchten Organe zu rekonstruieren, um Tomographien dieser Organe herzustellen. In diesem letzten Fall werden Algorithmen zur Bildrekonstruktion eingesetzt, die mit denen in der Tomodensitoinetrie verwendeten identisch sind.
Die angefügte Figur 1 zeigt zum Beispiel eine Gamma- Kamera, wie sie in dem Dokument FR-A-2 615 961 beschrieben ist.
Die zu detektierenden und zu lokalisierenden Gammaphotonen (γ) werden durch ein Organ 1 emittiert. Genau gesagt umfaßt die Kamera:
- einen dargestellten Kollimator 2 für die Gammastrahlung,
- eine Schicht 3 aus Szintillator-Material, die dazu fähig ist, die kollimatisierte Gammastrahlung zu empfangen und, durch Szintillisation (s), eine Lichtstrahlung 1 herzustellen,
- eine Einheit von Photomultiplikator-Röhren 6, die gegenüber dem Szintillator angeordnet sind, wobei jede Röhre ein elektrisches Signal liefert, um Antwortimpulse auf die Lichtstrahlung zu bilden, die er empfängt,
- Widerstandssätze zur Gewichtung 7, welche elektrische Signale empfangen, die durch die Photomultiplikator- Röhren 6 geliefert werden, und welche vier elektrische Analogsignale x&spplus;, x&supmin;, y&spplus; und y&supmin;, sogenannte "Gewichtungsimpulse" , zu liefern, wobei die beiden Signale x&spplus;, x&supmin; die Position der Szintillisation bezüglich einer ersten Achse X übersetzen, und die beiden Signale y&spplus;, y&supmin; diese Position bezüglich einer zweiten Achse Y übersetzen,
- Schaltungen 8 zur Übertragung von Analogsignalen x&spplus;, x&supmin;, y&spplus; und y&supmin;, welche zum Beispiel einen Verstärker mit variabler Ausbeute umfassen, eine Verzögerungslinie und eine Schaltung zur Wiederherstellung des Basispotentials,
- Integratoren 10 der Impulssignale, wobei diese Integratoren gewichtete Signale X&spplus;, X&supmin;, Y&spplus; und Y&supmin; liefern,
- Rechengeräte 20, die fähig sind, ausgehend von gewichteten Signalen, die Koordinaten X, Y eines Anzeigepunkts entsprechend des Szintillisationspunkts (s) auf dem Szintillator-Material zu berechnen; zum Beispiel berechnen die Geräte 20 gemäß dem Dokument US-A-4 672 542 die Mengen
- ein Anzeigegerät 22, welches zum Beispiel ein Oszilloskop mit Kathodenstrahlung und seine horizontalen und vertikalen Ablenkplatten umfaßt.
Die abgebildete Gamma-Kamera umfaßt ebenso eine Schaltung 19, verbunden mit einer Einheit von Gewichtungswiderständen, und die ein Signal e liefert, das die Gesamtenergie der Impulse der Lichtstrahlung (und nicht mehr die Position dieser Strahlung) reflektiert.
Nach der Passage durch einen Integrator 27 erhält man ein Signal E, das die integrierte Energie reflektiert. Ein Schwellenkomparator 28 liefert ein Signal der Validierung V, das dazu dient, die Rechengeräte 20 zu steuern.
Es ist ebenso möglich, von der Schaltung 19 ein Signal zur Autorisierung der Integration I zu ziehen, die am den Integratoren 10 angelegt wird, wenn die detektierte Energie unter einen erforderlichen Bereich fällt.
Unter anderen Qualitäten muß eine Gamma-Kamera:
- eine gute räumliche Auflösung umfassen, das heißt eine Kapazität, um nahegelegene kleine Quellen zu unterscheiden,
- eine gute Antwort in der Impulsrate umfassen, das heißt eine Kapazität, um eine hohe Anzahl von Ereignissen pro Zeiteinheit zu verarbeiten,
- eine von der Energie der durch die betrachteten Isotope emittierten Gammastrahlung unabhängige Bildqualität umfassen.
Die räumliche Auflösung hängt von der Genauigkeit der Berechnung der Koordinaten X und Y ab. Diese Genauigkeit hängt ihrerseits wesentlich von physikalischen Gesetzen ab, die den Betrieb der verschiedenen Geräte der Gamma-Kamera leiten. Daher bringt das Zusammenwirken eines Gammaphoton mit dem Szintillatorkristall eine Szintillisation hervor, deren Intensität exponentiell mit der Zeit abnimmt. Die Zeitkonstante dieser Abnahme ist kennzeichnend für den anwendeten Kristall. Für einen mit Thallium aktivierten Natriumiodid-Kristall (NaI, T1) ist er in der Größenordnung von 300 Nanosekunden. Diese Szintillisation wird durch mehrere Photomultiplikator-Röhren gleichzeitig gesehen. Mit einer gegebenen Energie der einfallenden Gammaphotonen folgt die Zahl der Lichtphotonen, welche die Szintillisation bilden, der POISSON-Statistik. Die Lichtphotonen ziehen Photoelektronen aus den Photokathoden der Photomultiplikator-Röhren. Die Zahl der herausgezogenen Photoelektronen folgt auch, für eine gegebene Szintillisation, dem statistischen Gesetz von POISSON. Der elektrische Beitrag einer Photomultiplikator-Röhre folgt also selbst einer statistischen POISSON-Verteilung. Der mittlere Wert dieser Amplitude ist von der Energie der einfallenden Lichtphotonen abhängig.
Die Bestimmung der Stelle der Szintillisation (die selbst für die Stelle der Gammaphotonen-Emission in dem beobachteten Organ repräsentativ ist, wird erhalten, indem man den Schwerpunkt der von der Einheit der Photomultiplikator-Röhren gelieferten elektrischen Beiträge berechnet.
Das am schwierigsten zu lösende Problem, für eine gegebene Szintillisation, besteht darin, so genau als möglich das Integral des Schwerpunkts der elektrischen Beiträge auf eine Periode von ungefähr drei mal die Zeitkonstante der Szintillisationsabnahme zu bestimmen. Die Integrationsdauer hängt von der Zeitkonstante des Kristalls ab. Die Genauigkeit der Messung ist mit Fehlern behaftet, aufgrund der statistischen POISSON-Fluktuation. Tatsächlich ist die Anweichungsart der Fluktuation der Amplitude der Beiträge gemäß der POISSON-Statistik entgegengesetzt proportional zur Quadratwurzel der Zahl der herausgezogenen Photoelektronen. Je länger die Integration, bis zu drei Mal die Zeitkonstante des Abnebmens der Szintillisation, desto höher ist also die Zahl der berücksichtigten Photoelektronen, desto geringer er ist die Anweichungsart und umso besser ist also die Answeitung des Mittelwerts dieses Beitrags.
Man bemerkt bei der Passage, daß die Integrationsdauer direkt mit der Qualität der räumlichen Auflösung der Gamma-Kamera verbunden ist, und daß diese Qualität zum Nachteil der Zählrate erhalten wird, das heißt zum Nachteil der pro Sekunde berücksichtigten Ereigniszahl.
In vielen Gamma-Kameras wird die Integration der Signale in analoger Weise durchgeführt, wie in Figur 1 dargestellt. Wenn mehrere Gammaphotonen während der Integrationszeit empfangen werden, finden sie sich "übereinandergelegt", das heißt, die elektrischen Impulse, die ihnen entsprechen, überlagern sich, was der räumliche Anflösung der Kamera schadet. Man muß also die übereinandergelegten oder überlagerten Impulse zurückgewinnen.
Eine gewisse Anzahl von Lösungen wurden vorgeschlagen, um diese aufeinandergelegten Impulse zurückzugewinnen.
In dem Dokument US-A-4 629 895 ist eine Vorrichtung beschrieben, zusätzlich zu Schaltungen, die zur Lokalisierung der Szintillisationen dienen, Schaltungen zur Validisierung umfaßt, um Szintillisationen zu berücksichtigen, deren Amplitude sich in einem vorherbestimmten Bereich befindet, und die während der Integrationsdauer nicht von einer anderen Szintillisation gefolgt werden, die eventuell in einem anderen Ort des Kristalls erzeugt wird, und deren Einwirkung riskieren wurde, die Berechnung der Lokalisation zu verfälschen.
In dem Dokument US-A-4 882 880 ist eine Vorrichtung beschrieben, zur Rückgewinnung der aufeinandergestapelten Impulse, wenn das Energieintegral eine bestimmte Schwelle überschreitet, welche anzeigt, daß eine Übereinanderlagerung während der Integrationsdauer stattgefunden hat.
Andere Vorrichtungen verwenden verschiedene Tricks, um extrapolierte oder simulierte Impuls-"Streifen" abzuziehen, wie zum Beispiel in den Dokumenten US-A-4 618 775 und US-A-4 612 443 beschrieben.
Man kann auch eine Vorrichtung zum Abbrechen der Signale verwenden, wie in dem Dokument US-A-4 455 616 beschrieben.
Schließlich verwenden bestimmte Vorrichtungen Schaltungen zur Korrektur der Totzeiten, wie zum Beispiel in den Dokumenten US-A-4 198 988, US-A-4 389 495 und US-A-549 888 beschrieben.
Alle diese Lösungen sind nicht zufriedenstellend, weil sie sowohl die Signale zurückgewinnen und somit die Leistung der Zählrate herabsetzen, als auch extrapolierte oder theoretische "Streifen" abziehen oder die Impulse abbrechen, und somit zu einer Verminderung der räumlichen Auflösung führen.
Das Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, diese Nachteile zu beheben, indem Geräte vorgeschlagen werden, die es ermöglichen, die aufeinandergelegten Impulse zu trennen und ihr Integral genau zu berechnen, also die Zählrate zu verbessern, ohne die räumliche Auflösung zu vermindern.
Gemäß der Erfindung, wobei man berücksichtigt, daß die elektrischen Signale x&spplus;, x&supmin;, y&spplus; und y&supmin; in der Tat aus einer Verknüplung zwischen dem einfallenden Gammaimpuls und der Übertragungsfunktion aller Geräte resultieren, die dazu beitragen, die entsprechenden elektrischen Signale zu bilden, verfährt man zuerst mit einer Entknüpfung dieser Signale, indem man sie durch einen Filter durchlaufen läßt, welcher als Übergangsfunktion das Inverse der Übergangsfunktion der besagten Geräte hat. Diese Entknüpfung wird es bewirken, die aufeinandergelegten Impulse zu trennen. Die Integration wird dann an den getrennten Impulsen erfolgen.
Alle diese Vorgänge der Filterung oder der Integration erfolgen numerisch, was impliziert, daß die zu verarbeitenden Signale zuerst in numerische umgewandelt werden müssen, durch Analog-Digital- Konverter. Die Konversion kann nach den Wichtungswiderständen erfolgen, wenn sie existieren, oder sogar davor, in dem Fall, da die durch die Photomultiplikator-Röhren gelieferten Signale direkt numerisch kodiert werden für eine numerische Verarbeitung, die dazu bestimmt ist, den Schwerpunkt zu finden.
In den Apparaten der Nukleardetektion, die nicht Gamma- Kameras sind, sind die Nachteile dieselben, nämlich, daß die zu verarbeitenoen Impulse sich aufeinanderlagern, was der Genauigkeit der Messung schadet. Dem Erstellen von Histogrammen zum Beispiel mangelt dann Genauigkeit.
Genauer gesagt betrifft die vorliegende Erfindung einen Kernstrablungsdetektor, welcher Geräte zur Detektion einer Kernstrahlung umfaßt, die elektrische Impulssignale liefern, Geräte zur Verarbeitung dieser elektrischen Impulssignale, um ein Kennzeichen der empfangenen Kernstrahlung zu bestimmen, wobei dieser Apparat dadurch gekennzeichnet wird, daß die Geräte zur Verarbeitung einen schnellen Analog-Digital-Konverter umfassen, der dazu fähig ist, Momentwerte von jedem Impuls an mehreren Punkten zu nehmen, gefolgt von einem numerischen Filtergerät, das eine Übertragungsfunktion hat, die genau invers ist zur Übertragungsfunktion der Geräte am Ursprung des Signals ist, das dieses Filtergerät empfängt, wobei diesem Filtergerät numerische Integrationsgeräte folgen und Geräte, um das besagte Kennzeichen der Strahlung zu bestimmen.
Wie schon angezeigt, kann dieser Kernstrahlungsdetektor von irgendwelcher Art sein. Es kann sich zum Beispiel um einen Appatat handeln, der dazu bestimmt ist, die Energieerteilung einer Kernstrahlung zu analysieren Spektrometer, welches Histogramme liefert).
Hingegen findet die Erfindung in der Perfektion von Gamma- Kameras eine bevorzugte Anwendung.
Vorzugsweise umfaßt in dieser Variante die Gamma-Kamera eine Schicht eines Szintillator-Materials, das fähig ist, eine Gammastrahlung zu empfangen und durch Szintillisation eine Lichtstrahlung herzustellen, Geräte zur Photodetektlon sind gegenüber der Szintillator-Schicht angeordnet und liefern die besagten elektrischen Signale, wobei dem numerischen Integratorgerät eine Schaltung zur Berechnung der Position der Szintillisation folgt.
Ebenfalls umfassen die Geräte zur Verarbeitung vorzugsweise Sätze von Gewichtungswiderständen, welche die von den Photodetektorgeräten gelieferten elektrischen Signale empfangen und vier elektrische Signale x&spplus;, x&supmin;, y&spplus; und y&supmin; in Impulsform liefern, wobei die beiden Signale x&spplus;, x&supmin; die Position der Szintillisation bezüglich einer ersten Achse X übersetzen, und die beiden Signale y&spplus; , y&supmin; die Position der Szintillisation bezüglich einer zweiten Achse Y zu übersetzen.
Vorteilhafterweise sind die Photodetektorgeräte Photomultiplikatoren und die Gamma-Kamera umfaßt außerdem einen Kollimator von Gammastrahlung, der vor der Schicht aus Szintillator-Material angeordnet ist.
Jedenfalls treten die Kennzeichen und Vorteile der Erfindung besser in der folgenden Beschreibung hervor. Diese Beschreibung beruht auf Ausführungsbeispielen, die erklärend und keineswegs beschränkend gegeben werden und sich auf angefügte Zeichnungen beziehen, auf welchen:
- die schon beschriebene Figur 1 eine Gamma-Kamera gemäß der herkömmlichen Art zeigt;
- Figur 2 das für Gamma-Kameras angewendete Basisprinzip der Erfindung beschreibt;
- Figur 3 eine Impulsantwort zeigt, seine FOURIER- Umformung und die inverse Umformung;
- Figur 4 eine inverse Umformungsfunktion zeigt;
- Figur 5 eine Ausführungsweise einer Gamma-Kamera gemäß der Erfindung zeigt;
- Figur 6 ein einfallendes Signal zeigt, das entsprechende gefilterte Signal und das integrierte Signal;
- Figur 7 zwei Energiespektren von Signale ohne Aufeinanderlagerung zeigt, vor und nach Filterung;
- Figur 8 zwei Energiespektren von Signalen mit Aufeinanderlagerung zeigt, vor und nach Filterung.
In Figur 2, Linie (a) linker Teil, sieht man einen Impuls δ, welcher ein Gammaphoton darstellt, das einen Szintillator beschießt. Die Amplitude dieses Impulses stellt die Energie des Photons und seine Breite, die Dauer des Phänomens, dar. Obgleich diese Dauer nicht haargenau null ist und die Amplitude nicht haargenau unendlich, kann man diesen Impuls mit einen DIRAC-Impuls gleichstellen.
Dieser Impuls löst eine Kaskade von Phänomen beim Durchlauf des Szintillators aus, der Photomultiplikatoren, der Widerstände, der Umformungskanäle und läßt schließlich ein Signal entstehen, das die Form eines relativ ausgebreiteten Impulses I hat (rechter Teil der Linie (a)).
In der Linie b dieser selben Figur 2 sind zwei DIRAC- Impulse δ1 und δ2 dargestellt, welche in derselben Weise zwei Impulse 11 und 12 entstehen lassen. Die Figur entspricht dem Fall, da die beiden Impulse δ1 und δ2 ausreichend nahe beieinander liegen, damit die beiden Impulse I1 und I2 sich teilweise überlappen, was zu einem deformierten Signal - "Aufeinanderlegen" gemäß der herkömmlichen Terminologie - führt, das am Ursprung der weiter oben hervorgehobenen Schwierigkeiten ist.
Die Linie c faßt diese Phänomene in synthetischer Weise zusammen, indem berücksichtigt wird, daß die Kette der Geräte, die von dem Szintillatorkristall bis zum Ausgang der Übertragungsschaltungen führt, durch eine einzige Schaltung C dargestellt werden kann, die eine Übertragungsfunktion h(t) hat. Man kann sagen, daß das Ausgangssignal s(t) das Produkt der Verknüpfung eines einfallenden Signals e(t) und der Übertragungsfunktion h(t) ist. Man hat also:
s(t) = e(t) * h(t
wobei das Zeichen * ein Verknüpfungsprodukt darstellt.
Um die Größenordnungen festzulegen, kann angezeigt werden, daß die auftreffenden Signale s(t) in der Mehrheit der Gamma-Kameras eine Dauer in der Ordnung der Mikrosekunde haben.
Gemäß der Erfindung, anstelle die Signale s(t) zu verarbeiten, so wie sie in den Linien a und/oder b erscheinen, läßt man sie vorher einen Entknüpfungsvorgang durchlaufen, der in Linie d schematisiert ist. Dafür läßt man diese Signale durch eine Entknüpfungsschaltung DC umformen, deren Umformungsfunktion invers zur Umformungsfunktion h(t) ist, also h&supmin;¹(t).
Dann wird ein zusammengesetztes Signal, so wie das der Linie e, das aus cer Überlagerung der beiden Impulse I1 und I2 resultiert, wieder in zwei Impulse δ1 und δ2 auseinandergenommen, der eine vom anderen getrennt. Dies sind die beiden getrennten Impulse, die man durch Integration verarbeitet, dann durch Berechnung. Zur Erklärung könnte man die aufeinandergelegten Impulse trennen, die eine Verschiebung von 600 ns aufweisen.
Also werden alle Impulse berücksichtigt, ohne daß daraus eine Verminderung der räumlichen Auflösung resultiert.
Die Berechnung der inversen Umformungsfunktion h&supmin;¹(t) ergibt sich aus herkömmlichen Überlegungen der Signalverarbeitung. Da man weiß, daß die FOURIER-Transformation eines Verknüpfungsprodukts das Ergebnis der FOURIER-Transformation ist, kann man schreiben:
S(f) = E(f) x H(f)
wobei S(f), E(f) und H(f) entsprechend die FOURIER-Transformierten von s(t), e(t) und h(t) sind, und wobei das Zeichen x den gewöhnlichen Multiplikationsvorgang darstellt.
Man hat also E(f) = S(f) x 1/H(f).
Zurückgeführt auf das Verknüpfungsprodukt hat man: e(t) = s(t) * TF&supmin;¹(1/H8f)
wobei TF&supmin;¹ den Vorgang der inversen FOURIER-Transformation darstellt.
Damit ist die inverse Umformungsfunktion h&supmin;¹(t), die man sucht, gleich der inversen FOURIER-Transformation der inversen der FOURIER-Transformation der ursprünglichen Umformungsfunktion:
h&supmin;¹(t) = TF&supmin;¹(1/H(f)
Die Verknüpfung des Signals s(f) durch h&supmin;¹(t) gibt also das Ausgangssignal e(t) zurück:
e(t) = s(t) * h&supmin;¹(t)
Da man die Umformungsfunktion n&supmin;¹ (t) kennt, weiß der Fachmann einen numerischen Filter herzustellen, der die geeigneten Koeffizienten hat.
In der Praxis könnte man diesen Filter verfeinern, indem man ihn apodisiert. Dieser Vorgang erfolgt, indem man 1/H(f) mit einer Funktion multipliziert, die einen Wert nahe eins für die tiefen und mittleren Frequenzen hat und nahe Null für die hohen Frequenzen. Man unterdrückt also die hohen Frequenzen, die im allgemeinen durch das elektronische Rauschen übertragen werden.
Durch Simulation der Signale, die an verschiedenen Punkten der Schaltungen einer Gamma-Kamera auftreten, konnten die Erfinder die verschiedenen in der Erfindung eingesetzten Funktionen bestimmen, Funktionen, die in den Figuren 3 und 4 abgebildet sind.
In Figur 3 sieht man zuerst in Teil a eine Übertragungsfunktlon h(t), die die Impulsantwort der Schaltungen einer Gamma- Kamera (Szintillator, Photomultiplikator, Widerstände, Transmission) übersetzt.
In Teil b ist die entsprechende FOURIER-Transformation H(f') dargestellt.
In Teil c ist die Inverse 1/H(f) dargestellt.
In Figur 4 ist eine inverse FOURIER-Transformation 1/H(f) also h&supmin;¹(t) dargestellt, die eines Übertragungsfunktion des gesuchten Filters ist.
Eine Gamma-Kamera gemäß der Erfindung stellt sich also wie in Figur 3 abgebildet dar. Sie umfaßt zuerst schon in Figur 1 abgebildete bekannte Geräte, nämlich der Kollimator 2, der Szintillator 3, die Photomultiplikator-Röhren 8, die Widerstandsnetze und die Schaltungen, welche die Signale x&spplus;, x&supmin;, y&spplus; und y&supmin; (Bezugsnummer 7) liefern. Gemäß der Erfindung umfaßt die Gamma-Kamera außerdem vier schnelle Analog-Digital-Konverter (OAN) mit den Bezugsnummern 52, 54, 56, 58 (oder einen einzigen Konverter mit vier Eingängen und vier Ausgängen, was äquivalent ist), und vier numerische Filter (F) mit den Bezugsnummern 82, 84, 86, 88 (oder einen einzigen Filter mit vier Eingängen), dessen Übertragungsfunktionen n&supmin;¹(t) gemäß denen sind, die weiter oben erwähnt wurden. Diesen Filtern folgen numerische Integratoren (Σ) mit den Bezugsnummern 72, 74, 76, 78, welche die Summen XN&spplus;, XN&supmin;, YN&spplus;, YN&supmin; liefern.
Die Koeffizienten der numerischen Filter 82, 84, 86 und 88 können in einem Speicher 71 gespeichert werden während die Integratorkoeffizienten in einem Speicher 81 gespeichert werden.
Die durch die Integratoren gelieferten Summen werden an ein Rechengerät 90 adressiert, das die Koordinaten X und Y bestimmt, zum Beispiel (aber nicht ausschließlich) durch die bekannten Formeln:
Diese Koordinaten werden schließlich auf das Anzeigeorgan 21 angelegt. Dieses Organ kann einen Bildspeicher 23, einen Anzeigeschirm 24 und eine Tastatur 25 umfassen.
Die Berechnung der Koordinaten X und Y ausgehend von den Summen XN&spplus; XN&supmin;, YN&spplus;,YN&supmin; kann, wie in dem Dokument US-A-4 872 542 beschrieben, erfolgen.
Wie im Fall von Figur 1 bezüglich der herkömmlichen Art, kann die Gamma-Kamera der Erfindung außerdem eine Schaltung umfassen, um ein Signal e zu bilden, das die Strahlungsenergie wiedergibt. Doch in dem Fall der Erfindung wird das analoge Signal e in ein numerische Signal eN konvertiert, durch einen Konverter 80 und gefiltert; das Maximum der Amplitude wird durch eine Schaltung 75 detektiert, um die Integrationsrechnung der Koordinaten und der Energie (Signal I) für Gültig zu erklären. Die Energie wird dann in einem numerischen Integrator 80 integriert. Die erhaltene Summe (EN) wird als Signal der Gültigkeit V der Rechenorgane 90 verwendet.
Figur 6 ermöglicht es, die erhaltenen Ergebnisse durch Geräte der Erfindung wahrzunehmen. Auf der Linie (a) sieht man ein einfallendes numerisches Signal. Die analogen Impulse haben zum Beispiel eine Dauer von 1us, die schnellen Konverter bilden alle 50 ns Momentwerte dieser Impulse und liefern also ungefähr zwanzig numerische Momentwerte pro Impuls. Diese Momentwerte werden in der Linie (a) geglättet. In der Linie (b) sieht man das entsprechende Signal, das nach der Filterung erhalten wird, und in der Linie (c) das Signal nach der Integration. Man sieht, daß die Impulse, die sich auf der Linie (a) überlappen, in der Linie (c) getrennt sind.
Die Figuren 7 und 8 zeigen Energiespektren (Zahl der Schnitte in der Ordinate und Energie in der Abszisse). In Figur 7 handelt es sich um Signale ohne Impulsanhäufung. Die Kurve in durchgezogenem Strich entspricht den Signalen vor der Filterung und die in unterbrochenem den Signalen nach der Filterung. Diese Kurven zeigen, daß es keine Verminderung der Auflösung der Energie für die Signale ohne Impulsanhäufung gibt.
In Figur 8 handelt es sich um Signale mit Impulsanhäufung vor der Filterung (durchgezogener Strich) und nach Filterung (unterbrochener Strich) . Man stellt eine Verbesserung der Auflösung der Energie aufgrund der Filterung fest.
Die in der Erfindung verwendeten numerischen Filter können von allen bekannten Typen sein. Man kann zum Beispiel Filter vom Typ der Matrizenpultiplikatoren verwenden, wie die, die von der Société TRW unter oer Bezeichnung MC 2250 im Handel sind oder Filter mit endlicher Impulsantwort (RIF oder "FIR" auf Englisch).

Claims

1. Kernstrahlungsdetektor, umfassend Einrichtungen zur Detektion einer Kernstrahlung, die elektrische Impulssignale liefern, und Einrichtungen zur Verarbeitung dieser elektrischen Impulssignale, um eine charakteristische Eigenschaft der empfangenen Kernstrahlung zu bestimmen, wobei dieser Detektor durch die Tatsache gekennzeichnet ist, daß die Einrichtungen zur Verarbeitung einen schnellen Analog-Digital-Wandler (52- 60) umfassen, der in der Lage ist, jeden Impuls in mehreren Punkten abzutasten, gefolgt von einer Einrichtung zur digitalen Filterung (62-70), die eine Übertragungsfunktion hat, die im wesentlichen die Inverse der Übertragungsfunktion der Einrichtungen am Ursprung des Signals ist, welches diese Einrichtung zur Filterung empfängt, wobei diese Einrichtung zur Filterung gefolgt wird von Einrichtungen zur digitalen Integration (72-80) und von Einrichtungen (90), um die genannte charakteristische Eigenschaft der Strahlung zu bestimmen.

2. Detektor nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Tatsache, daß es sich um eine Gamma-Kamera handelt, wobei die zu bestimmende charakteristische Eigenschaft der Ausgangspunkt der einfallenden Strahlung ist.

3. Gamma-Kamera nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch die Tatsache, daß sie eine Schicht (3) von Szintillatormaterial, das geeignet ist, eine Gamma-Strahlung zu empfangen und durch Szintillation (s) eine Lichtstrahlung zu erzeugen, und Einrichtungen zur Photodetektion (6) umfaßt, die gegenüber der Szintillatorschicht angeordnet sind und genannte elektrische Signale liefern, wobei die Einrichtungen zur digitalen Integration gefolgt werden von einer Schaltung (90) zur Berechnung des Ausgangspunkts der Szintillation.

4. Gamma-Kamera nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch die Tatsache, daß die Einrichtungen zur Verarbeitung Sätze von Gewichtungswiderständen (7) umfassen, welche die von den Einrichtungen zur Photodetektion (6) gelieferten elektrischen Signale aufnehmen und welche vier elektrische Signale x&spplus;, x&supmin; y&spplus;, y&supmin; von Impulsform liefern, wobei die zwei Signale x&spplus;, x&supmin; den Ausgangspunkt der Szintillation (s) hinsichtlich einer ersten Achse X wiedergeben und die zwei Signale y&spplus;, y&supmin; den Ausgangspunkt der Szintillation (s) hinsichtlich einer zweiten Achse Y wiedergeben.

5. Gamma-Kamera nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch die Tatsache, daß sie vier schnelle Analog-Digital-Wandler (52, 54, 56, 58) umfaßt, welche die vier Signale x&spplus;, x&supmin;, y&spplus;, y&supmin; aufnehmen, und dadurch, daß die Einrichtungen zur Filterung vier digitale Filter (62, 64, 66, 68) umfassen, welche an den vier schnellen Wandlern angeschlossen sind, und daß die Einrichtung zur Integration vier digitale Integratoren (72, 74, 76, 78) umfaßt, welche an den vier Filtern angeschlossen sind, wobei diese vier digitalen Integratoren vier gewichtete digitale Summen XN&spplus; , XN&supmin;, YN&spplus;, YN&supmin; an die Rechenschaltung (90) liefen.

6. Gamma-Kamera nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch die Tatsache, daß sie ferner eine Einrichtung zur Anzeige (21) mit Bildspeicher (23) umfaßt.

7. Gamma-Kamera nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Tatsache, daß sie ferner umfaßt:

- Einrichtungen, um ein digitales Signal e(N) zu liefern, das die Energie (e) der Strahlung darstellt,

- einen zusätzlichen digitalen Filter (70), um dieses digitale Signal e(N) aufzunehmen, wobei dieser Filter eine Übertragungsfunktion hat, die im wesentlichen die Inverse der Übertragungsfunktion der Einrichtungen ist, die dieses Signal erzeugt haben,

- eine Schaltung (71) zur Detektion des Maximums des von dem Filter (70) gelieferten Signals,

- einen digitalen Integrator (80), der an der vorigen Schaltung (71) angeschlossen ist und der ein Signal (EN) liefert, das als Bestätigungssignal (V) für die digitalen Recheneinrichtungen (90) dient.

8. Gamma-Kamera nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch die Tatsache, daß die Schaltung (71) zur Detektion des Maximums ein Bestätigungssignal (I) für alle Integratoren (72, 74, 76, 78, 80) liefert.

9. Gamma-Kamera nach einem der Ansprüche 3 bis 8, gekennzeichnet durch die Tatsache, daß die Einrichtungen zur Photodetektion Photomultiplier sind.

10. Gamma-Kamera nach einem der Ansprüche 3 bis 9, gekennzeichnet durch die Tatsache, daß sie ferner einen Kollimator für Gamma-Strahlung umfaßt, der vor die Schicht (3) von Szintillatormaterial gestellt ist.